(57)【要約】【課題】  半導体デバイスなどの冷却装置部材に用いる熱伝導性に優れた接合材料及び製造方法。【解決手段】半導体デバイスに接合してその発熱を熱伝導により受ける冷却片、該冷却片とフィンなどの冷却手段とにそれぞれ接合して熱伝導する熱導管などの相互の接合部位において、これらの間を接合して、熱伝導性を向上する接合材料であって、アルミ、銅などの熱伝導性の良い金属とダイヤモンド状構造の炭素微粉末とからなる。  該金属を溶融し、ダイヤモンド状構造の炭素微粉末を均一に分散混合し、該溶湯を凝固引上げ法により、棒状接合材料とする。ダイヤモンドは、熱伝導性に優れ、広帯域の光透過性を有するため、上記冷却装置の熱伝導による冷却性能を向上する。【選択図】  図  ２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスなどの冷却装置において、
該デバイスに接合する冷却片、複数の冷却フィン、及び該冷却フィンと冷却片とをそれぞれ第一接合端及び第二接合端で接合する熱導管からなり、
これらの部材の接合箇所の少なくとも一つを金属中にダイヤモンド状構造の炭素微粉末が分散混合した接合材料により接合してなる、
ことを特徴とする接合構造。
【請求項２】
前記接合位置は、該第一接合端に形成されることを特徴とする請求項１記載の接合材料構造。
【請求項３】
前記接合位置は、該第二接合端に形成されることを特徴とする請求項１記載の接合材料構造。
【請求項４】
前記金属は、銅材質であることを特徴とする請求項１記載の接合材料構造。
【請求項５】
前記金属は、アルミニウム材質であることを特徴とする請求項１記載の接合材料構造。
【請求項６】
前記金属は、スズ材質であることを特徴とする請求項１記載の接合材料構造。
【請求項７】
前記金属は、熱伝導係数の高い金属材質であることを特徴とする請求項１記載の接合材料構造。
【請求項８】
前記ダイヤモンド状構造の炭素は、ダイヤモンドであることを特徴とする請求項１記載の接合材料構造。
【請求項９】
半導体デバイスに接合する冷却片、複数の冷却フィン、及びこれらを接合する熱導管からなる冷却装置の接合などに用いる、熱伝導性に優れた接合材料の製造方法であって、
金属にダイヤモンド状構造の炭素微粉末を加えて溶解し、該微粉末を分散混合する工程、
ダイヤモンド状構造の炭素微粉末を分散混合した溶融材料から凝固引上げ法により接合材料棒を形成する工程、
からなることを特徴とする、接合材料製造方法。
【請求項１０】
前記ダイヤモンド状構造の炭素微粉末を分散混合する工程は、
溶解炉において金属を溶解し、ダイヤモンド状構造の炭素微粉末を加えることを特徴とする請求項９記載の接合材料構造とその製造方法。
【請求項１１】
前記金属は、銅であることを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１２】
前記金属は、アルミニウムであることを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１３】
前記金属、スズであることを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１４】
前記金属は、熱伝導係数の高い金属であることを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【請求項１５】
前記ダイヤモンド状構造の炭素は、ダイヤモンドであることを特徴とする請求項９記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の接合材料とその製造方法に関する。特に一種の金属及びダイヤモンド状構造の炭素を結合した接合材料の製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
今日の科学技術の日進月歩の発展に伴い、半導体素子などの電子デバイスはコンパクトで高集積化へと発展しており、求められる機能はますます高くなっている。それに連れて発生する熱も急激に増加しており、適時に熱を排除することは電子デバイスの機能を維持するために不可欠の課題である。放熱冷却が適宜に行われなければ該電子デバイスが損傷する虞もあるため、冷却効率向上を目的に各種の熱伝導材料が開発されている。
こうして冷却片、冷却フィン、熱導管等各種パーツが開発された現在、さらなる冷却効率の向上は各パーツの熱伝導のための接合にかかっている。
接合技術において最も直接的な方法は溶接である。溶接は溶融金属により２個或いは２個以上のパーツを相互に結合させ一体とする方法である。1880年の電力発見の後、溶接技術は研究人員による開発の他に２度の世界大戦という刺激を経て、今日では非常に成熟しており、また科学技術の進歩に連れて各種新式の溶接設備と技術が開発され、発展を続けている。
【０００３】
公知技術であるアーク溶接とは電流が電気溶接棒を経由し、溶接部品を通過し、瞬間的に熱を生じ、部材の溶接箇所を溶融し冷卻後、一体に結合する溶接方法である。
図１のアーク溶接回路接合線図に示すように、構造は電気溶接機11、電気溶接棒クリップ12、電気溶接棒13、溶接部品14、アース15及び電極導線16を含む。該電気溶接機11は該電極導線16と該電気溶接棒クリップ12により接続され、且つ該アース15と該溶接部品14と接続される。同時に該電気溶接棒クリップ12は、該電気溶接棒を挟持する。
該電気溶接機11により電流は該電極導線16を通り該電気溶接棒クリップ12に流れ、さらに該電気溶接棒クリップ12が挟持する電気溶接棒13に至る。続いて電子が該電気溶接棒13の末端と該溶接部品14間を移行することにより、アーク17を生じ、該溶接部品14上のアース15を経由して電流は該電気溶接機11上に戻る。これがアーク溶接の電流回路である。該回路において該電気溶接棒13の末端と該溶接部品14間の間隔は電子流に対して非常に高い抵抗を生じるためアーク17放電を発生し、高温のアーク熱を生じる。該アーク熱は該電気溶接棒13を溶融し、該アーク17により溶解した微粒子は該溶接部品14上に滴下し溶接が行われる。
上記のように公知のアーク溶接法等、溶接技術は既に非常に成熟しているが、電気溶接棒は溶融、接合、再冷卻を経て、それ自身の金属特性は変化し、溶接部品間に存在する金属は熱伝導面において熱抵抗の問題を生じる。
【０００４】
一方、ダイヤモンドはこの世で最高の硬度を持ち、熱伝導速度は最速で、光の通過する波長範囲が広く、耐腐食性を具える等の特性があるため、長く工業においても重要な材料の一つであった。その熱伝導係数は常温下では銅の５倍で、しかも高温時にダイヤモンドの赤外線放射は強化され、その冷却性は高く、しかも熱膨脹係数が小さい。このため、その放熱性能は高温時にいっそう明確になる。ダイヤモンドのこの放熱特性が良好という特性は一般的にダイヤモンドの真偽を判断する時にも用いられている。
しかし世界の天然ダイヤモンドの採掘量は現在に至るまでも数百トンにも至らず、そのため非常に高価である。公知技術でも人工ダイヤモンドを製造する多くの技術と製造工程が既に開発されているが、その中では炭化水素の直接分解を利用する方法が最も広く知られている。例えばマイクロウェーブプラズマ化学気相堆積法(Microwave Plasma enhance Chemical Vapor Deposition, MPCVD)、ホットフィラメント化学気相堆積法(Hot Filament CVD, HFCVD)はポリクリスタルダイヤモンド膜をメッキするもので、該ポリクリスタルダイヤモンド膜は天然単結晶ダイヤモンドの特性を具えている。
【特許文献１】特開２００６−５０３９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
公知構造には以下の欠点があった。
すなわち公知技術は電子デバイスのコンパクト化、高集積度化、高性能化に向かう発展に応じた発熱量の増大に対して効率的な廃熱の排除を提供することができない。
本発明は上記構造の問題点を解決した接合材料構造とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は下記の接合材料構造とその製造方法を提供する。
それは接合材料構造とその製造方法を提供し、冷却装置に適用し、
該接合材料は、金属及びダイヤモンド状構造の炭素を結合し、しかも該金属は銅材質、アルミニウム材質、スズ材質或いは熱伝導係数の高い金属で、該ダイヤモンド状構造の炭素はダイヤモンドで、
しかも、該接合材料構造製造方法は、溶融法により金属及びダイヤモンド状構造の炭素を含む溶融状材料を形成する工程と、溶融材料からの凝固引上げ法を利用して該接合材料を形成する工程とからなる、製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように、本発明の接合材料構造とその製造方法は、金属及びダイヤモンド状構造の炭素を結合する接合材料構造において、溶接部品間の金属特性変化が引起す熱伝導における熱抵抗の問題を効果的に改良することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図２に示すように、本発明の冷却装置は複数の冷却フィン21、冷却片22及び熱導管23を含む。
該熱導管23は接合位置として用いられる第一接合端231及び第二接合端232を具え、該第一接合端231と該冷却片22と接合し、該第二接合端232は該冷却フィン2１と接合して冷却装置を構成する。
接合材料24は、該冷却装置のこれらの少なくとも１個の接合位置に用いられ、かつ該接合材料24は金属及びダイヤモンド状構造の炭素を結合する。該金属は銅材質、アルミニウム材質、スズ材質或いは熱伝導係数の高い金属材質で、しかも該ダイヤモンド状構造の炭素はダイヤモンドである。
次に図３に示すように、本発明の製造方法は高温溶解炉31及び金属とダイヤモンド状構造の炭素材料を含む。
該高温溶解炉31は該金属材料を入れ加熱し該金属材料を溶融し、かつ該金属溶湯にダイヤモンド状構造の炭素を混合し溶融状材料32を形成する。該高温溶解炉31内溶湯の温度差が引起す対流33により、ダイヤモンド状構造の炭素は溶湯中において均一に混合され溶融状材料32を形成する。該金属材料として銅材質、アルミニウム材質、スズ材質或いは熱伝導係数の高い金属材質を用い、該ダイヤモンド状構造の炭素材料としてダイヤモンドを用いる。
【０００９】
図３で形成される溶融状材料は、溶融材料からの凝固引上げ法により図４に示す本発明の接合材料を形成する。図４は凝固引上げ装置41、高温溶解炉31、及び溶融状材料32を含み、該凝固引上げ装置41は複数の凝固引き上げユニット411を具え、該溶融状材料32を該高温溶解炉31から凝固状態で引上げて柱状の接合材料42を形成する。該凝固引上げ装置41は凝固引上げ制御ユニット411による凝固相形成に合わせた材料の引上げ速度により良好な柱状接合材料42を形成する。
図５に示すように、本発明接合材料構造の製造方法は以下のステップを含む。
ステップS51は、材料調整工程で、金属にダイヤモンド状構造の炭素微粉末を加えて高温溶解炉で金属を溶融することにより処理し、ダイヤモンド状構造の炭素微粉末が均一に分散した溶融状材料を形成する。
ステップS52は、溶融材料からの凝固引上げ工程であり、凝固引上げ装置は凝固引上げ制御ユニットの溶融材料の凝固相形成に合わせた引上げ速度により接合材料を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】公知技術であるアーク溶接の回路接合線図である。
【図２】本発明実施例の接合材料を冷却装置に適用する指示図である。
【図３】本発明の接合材料構造製造方法の製造方式の実施例である。
【図４】本発明の接合材料構造製造方法の溶融材料からの凝固引上げ法の実施例である。
【図５】本発明実施例の接合材料構造製造方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００１１】
1  アーク溶接回路接合線図
11  電気溶接機
12  電気溶接棒クリップ
13  電気溶接棒
14  溶接部品
15  アース
16  電極導線
17  アーク
2  接合材料を冷却装置に適用する指示図
21  冷却フィン
22  冷却片
23  熱導管
231  第一接合端
232  第二接合端
24  接合材料
3  接合材料構造製造方法の製造方式指示図
31  高温溶解炉
32  溶融状材料
33  対流
4  接合材料構造製造方法の溶融材料からの凝固引上げ法指示図
31  高温溶解炉
32  溶融状材料
41  抽出製造装置
411  複数の抽出製造ユニット
42  柱状の接合材料
S51〜S52  接合材料構造製造方法のフローチャート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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